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出版者:人民郵電齣版社

作者:顧洪軍

出品人:

頁數:423

译者:

出版時間:2002-4

價格:43.0

裝幀:平裝

isbn號碼:9787115102126

叢書系列:

圖書標籤:

• 工業網絡
• 現場總綫
• 工業自動化
• PLC
• DCS
• 通信協議
• 數據采集
• 過程控製
• 智能製造
• 工業互聯網

《現代製造業的數字化轉型：基於物聯網與邊緣計算的深度融閤》 圖書簡介 在當今全球製造業加速邁嚮工業4.0的浪潮中，傳統的生産模式正經曆著前所未有的深刻變革。這場變革的核心驅動力，在於新一代信息通信技術與傳統工業流程的深度融閤。本書《現代製造業的數字化轉型：基於物聯網與邊緣計算的深度融閤》，正是聚焦於這一前沿領域，旨在為工程技術人員、係統架構師以及關注智能製造發展的研究學者，提供一套係統、深入且實用的理論框架與實踐指導。 本書並非簡單地羅列技術概念，而是立足於工業生産的實際需求，剖析如何通過先進的數字化手段，實現生産效率的飛躍、運營成本的優化以及産品質量的提升。我們明確，本書的核心關注點在於物聯網（IoT）在工業環境中的應用架構（IIoT），以及邊緣計算（Edge Computing）如何作為實現低延遲、高可靠性實時控製與決策的關鍵技術支撐。 第一部分：數字化轉型的宏觀視野與基礎架構 本部分首先為讀者構建一個清晰的數字化轉型藍圖。我們從戰略層麵探討瞭“智能工廠”的內涵與外延，解析瞭數字化轉型不僅僅是設備聯網，更是數據驅動的決策體係的重塑。 智能工廠的層次化模型重構： 詳細闡述瞭從現場層（感知與執行）、控製層（數據采集與協調）到運營管理層（MES/ERP集成）的整體架構。我們重點分析瞭如何打破傳統的“信息孤島”，建立起垂直與水平雙嚮貫通的數據流。 工業物聯網（IIoT）的關鍵要素： 深入剖析瞭IIoT在數據采集、傳輸、存儲和分析中的核心作用。內容涵蓋瞭工業級傳感器、執行器、數據預處理單元的選型標準，以及麵嚮工業環境的通信協議標準（如MQTT的工業優化配置、OPC UA的互操作性機製）。 數據治理與安全基石： 強調在高度互聯的環境下，數據的質量和安全性是轉型的生命綫。本章詳述瞭工業數據的生命周期管理，從數據源的認證、傳輸加密到存儲閤規性，構建起麵嚮工業控製係統的安全防護體係。 第二部分：邊緣計算：實現實時決策的引擎 在工業場景中，雲端處理雖然強大，但其固有的網絡延遲難以滿足高精度、高頻率的控製需求。本書將大量篇幅用於探討邊緣計算如何彌補這一短闆，成為工業智能的“神經末梢”。 邊緣計算在工業中的必要性與部署模型： 明確瞭邊緣計算在滿足毫秒級響應時間、保障數據主權與隱私、以及應對網絡不確定性等方麵的核心價值。我們對比分析瞭集中式雲架構、分布式邊緣架構以及混閤雲邊緣部署的優劣，並提供瞭針對不同生産場景（如高速裝配綫、重型機械遠程監控）的最佳實踐部署模型。 資源受限環境下的計算優化： 工業邊緣設備往往麵臨功耗、散熱和計算能力的嚴格限製。本章細緻講解瞭輕量化容器技術（如Docker在嵌入式係統中的應用）、模型壓縮與剪枝技術，確保復雜的AI算法能夠在資源受限的邊緣側高效運行。 實時數據處理與本地閉環控製： 重點介紹如何利用邊緣計算能力，實現數據在現場的清洗、聚閤和實時分析。這包括基於時間序列數據庫（TSDB）的快速查詢、基於流處理框架的異常檢測，以及如何構建快速響應的本地控製迴路，避免對雲端網絡的過度依賴。 第三部分：前沿應用與技術融閤實踐 本部分將理論與前沿技術相結閤，展示數字化轉型在具體業務場景中的落地效果。 基於邊緣智能的預測性維護（PdM）： 詳細闡述瞭如何通過在邊緣側部署振動分析、電流特徵識彆等機器學習模型，實現對關鍵設備的早期故障預警。內容包括特徵工程的工業化處理、模型訓練與邊緣部署的持續集成/持續部署（CI/CD）流程。 增強現實（AR）與數字孿生（Digital Twin）的邊緣賦能： 探討瞭如何利用邊緣計算的低延遲特性，支撐復雜的數字孿生模型的實時渲染和交互。特彆關注AR輔助維修和操作指導，如何通過邊緣MEC（Multi-access Edge Computing）加速高清視頻流處理和空間定位，提升一綫人員的工作效率和準確性。 柔性製造與動態調度： 麵對小批量、多品種的生産需求，係統必須具備快速重構能力。本章分析瞭如何通過IIoT采集的實時狀態數據和邊緣計算的快速任務分配，實現生産資源的動態調度和工藝參數的自適應調整，支撐柔性製造綫的快速切換。 麵嚮讀者 本書適閤於： 1. 工業自動化、控製工程、計算機科學與技術等相關專業的在校高年級本科生及研究生。 2. 從事智能製造係統集成、工廠自動化升級改造的工程師和技術顧問。 3. 企業中負責信息化與運營技術（IT/OT）融閤的高級管理人員和架構師。 本書力求以嚴謹的學術深度和高度的工程實用性相結閤，幫助讀者全麵掌握構建新一代智能製造體係所需的核心技術棧。通過本書的學習，讀者將能夠清晰地規劃和實施符閤未來趨勢的數字化工廠戰略。

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從一個經常需要處理遺留係統升級和新係統規劃的工程師角度來看，這本書的實用價值體現在其對“兼容性”和“演進性”的深刻洞察。它非常細緻地分析瞭如何將傳統的串行通信（如Modbus RTU）平滑地過渡到基於TCP/IP的現代網絡架構中，尤其是在邊緣計算和雲連接日益緊密的今天，數據采集網關的設計原則和協議轉換層的實現細節被闡述得非常透徹。書中提供的協議棧對比圖譜，簡潔明瞭地展示瞭從底層到應用層協議的映射關係，這極大地簡化瞭我進行不同協議棧選型和評估的工作量。更值得稱贊的是，作者對工業協議的標準化工作（如IEC和ISO的推動）的介紹，讓我們明白技術背後的商業和規範力量，這對於製定長期的技術路綫圖至關重要。這本書提供的不僅僅是技術細節，更是一種係統性的、麵嚮長期運營的思維框架。

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這本書，**《工業企業網與現場總綫技術及應用》**，我得說，它真的抓住瞭工業自動化領域的核心脈搏。從我個人的閱讀體驗來看，這本書在係統架構的講解上達到瞭一個非常高的水準。它不僅僅是簡單地羅列各種總綫協議，而是深入剖析瞭不同網絡層級在現代智能工廠中的功能定位和相互協作機製。比如，對於ISA-95模型中不同層級的數據流轉和信息集成，作者構建瞭一套清晰的理論框架，這對於我們理解ERP、MES與控製係統之間如何無縫對接至關重要。我印象特彆深刻的是它對實時以太網（如Profinet, EtherCAT）的對比分析，作者沒有止步於速度和帶寬的比較，而是著重探討瞭它們在確定性、抖動控製以及功能安全集成方麵的差異化優勢。書中對OPC UA這種跨平颱、麵嚮服務的架構的闡述，更是體現瞭其前瞻性，它清晰地展示瞭如何構建一個麵嚮未來的、可互操作的工業信息物理係統（CPS）。這本書的深度足以讓一個有經驗的工程師對現有係統有一個更宏觀、更本質的認識，同時，它嚴謹的邏輯推導也為初學者鋪設瞭一條紮實的理論基石，避免瞭陷入具體協議的碎片化學習泥潭。

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讀完這本書，我感覺就像是經曆瞭一次對現代製造執行係統（MES）和車間控製網絡的全景式掃描。這本書的價值在於它的實用性和前瞻性達到瞭一個完美的平衡點。它對網絡拓撲結構的選擇和優化策略的討論，非常貼閤實際生産綫的痛點，尤其是在高密度傳感器網絡和大量設備互聯的場景下，如何進行有效的QoS保障和故障診斷，書中提供瞭詳盡的案例分析和技術路綫圖。最讓我耳目一新的是關於工業信息安全的章節，這在很多同類教材中往往是泛泛而談的。而本書則係統地介紹瞭從物理層加密到應用層認證的全方位安全體係構建方法，結閤瞭IEC 62443標準的要求，使得讀者能夠真正掌握如何為工業控製係統（ICS）構建一道堅不可摧的數字防綫。這種將“控製”與“信息安全”緊密結閤的視角，是當前工業4.0時代背景下，任何技術人員都無法迴避的關鍵議題。全書的圖錶設計精良，復雜的數據流和網絡結構被清晰地可視化，極大地提升瞭閱讀效率和理解深度。

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這本書的知識密度令人稱奇，但組織結構卻齣乎意料地流暢。它並沒有將所有技術堆砌在一起，而是遵循著從基礎通信理論到企業級數據集成，再到新興物聯網（IIoT）應用的邏輯遞進關係。對我個人而言，受益最大的是關於時間敏感網絡（TSN）的介紹部分。TSN作為未來工業以太網的終極形態，書中不僅解釋瞭其基於IEEE 802.1Qbv/Qbv等標準的技術內涵，更重要的是，它模擬瞭TSN在超大規模分布式控製係統中的部署挑戰，例如節點的同步、邊界時鍾的配置以及與傳統設備的互操作性問題。作者沒有迴避這些現實中的技術難題，反而將其作為深化學習的契機，引導讀者思考解決方案。這種務實而不失學術深度的寫作方式，讓這本書超越瞭普通的技術教程，更像是一份麵嚮未來十年工業網絡架構的白皮書，為我們規劃瞭技術演進的路徑圖。

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這本書的行文風格非常沉穩、嚴謹，帶著一種老派工科教科書特有的求真精神，但又不失對新興技術的敏感度。我特彆欣賞它在闡述現場總綫技術時，那種對底層物理層、數據鏈路層細節的深度挖掘。例如，對於CAN總綫的仲裁機製和CSMA/CD協議在不同負載下的性能錶現，作者用瞭大量的篇幅進行數學建模和仿真驗證，這使得我對總綫衝突的根源和應對措施有瞭更深刻的理解，而不僅僅是停留在“知道有衝突”的層麵。此外，書中對於不同行業標準（如汽車電子中的FlexRay、過程控製中的HART/Fieldbus Foundation）的適用場景和技術壁壘進行瞭細緻的比較，這對於從事跨行業係統集成的工程師來說，是極為寶貴的參考資料。它不是一本單純的“如何配置”的手冊，而是深入到“為什麼這樣做”的底層原理之中，這種探究精神，是區分優秀技術著作和平庸參考書的關鍵所在。

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